Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp giải các bài toán địa điện từ. Chương 3: Cơ sở phương pháp địa điện trở không tiếp đất. Chương 4: Một số kết quả ứng dụng phương pháp điện trở không tiếp đất.
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Dương Thị Ninh. Luận văn là kết quả thực hiện chương trình khóa cao học tại Khoa vật lý – trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn của TS. Đoàn Văn Tuyến - Viện Địa chất – Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trong quá trình thực hiện chương trình cao học và viết luận văn, học viên nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô ở Bộ môn vật lý địa cầu và Khoa vật lý, sự hỗ trợ cao về khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong nghiên cứu cũng như triển khai thực tế của lãnh đạo và cán bộ khoa học tại Viện Địa chất–Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam, TS.
Trần Tuấn Anh–Viện trưởng, TS. Đoàn Văn Tuyến, PGS. Học viên xin bày tỏ sự biết ơn chân thành và sâu sắc. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Dương Thị Ninh.
Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về phƣơng pháp địa điện từ. Ngày nay, nghiên cứu các trường vật lý của Trái đất đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành khoa học Trái đất và khoa học tự nhiên. Địa điện từ (geoeletromagnetism) một trong tổ hợp các phương pháp địa vật lý: Trọng lực, Địa chấn, Địa từ, Địa nhiệt, là một bộ môn khoa học nghiên cứu tính chất điện từ - một tính chất vật lý cơ bản của Trái đất.
Trên thế giới đã có rất nhiều phương pháp ứng dụng dựa trên nguyên lý điện -từ trường của các dạng nguồn trường khác nhau. Căn cứ vào tính chất, đặc trưng tham số điện từ của các vật chất khác nhau và khả năng ứng dụng, trong thực tế đã chia thành các nhóm phương pháp chính như sau: 1- Nhóm phương pháp dùng nguồn dòng không đổi – nguồn dòng một chiều: phương pháp điện trở, phương pháp từ trở,… 2- Nhóm phương pháp nguồn điện hóa: phương pháp phân cực kích thích, phương pháp điện trường tự nhiên,… 3- Nhóm điện từ tần số thấp (từ hàng trăm đến hàng nghìn Hz): phương pháp tần số, phương pháp cảm ứng, phương pháp trường chuyển hay thiết lập trường,… 4- Nhóm phương pháp sóng Radio, sóng vô tuyến, và sóng Radar ( tần số cao từ MHz ): phương pháp tần số thấp sóng Radio (VLF), phương pháp chiếu sóng vô tuyến, phương pháp xuyên Radar, phương pháp chiếu sóng Radar,… 5- Nhóm phương pháp điện từ dải tần rộng (từ phần nghìn Hz đến hàng chục KHz) nguồn tự nhiên: phương pháp từ - têlua (MT), phương pháp biến thiên từ, hay nguồn trường điện từ nhân tạo kiểm soát được (CSAMT). Cơ sở lý thuyết ứng dụng các nhóm phương pháp này được trình bày đầy đủ trong các giáo trình và chuyên khảo của Zhadanov, Wait, Khmelevskoi,…[14,18,19] Nhóm phương pháp điện từ dải tần rộng cho khả năng nghiên cứu tới hàng chục đến hàng trăm km được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ trái đất và các. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Dương Thị Ninh.
bồn dầu khí, địa nhiệt. Các phương pháp trường chuyển, thiết lập trường để nghiên cứu độ sâu 1-3 km. Các phương pháp còn lại chủ yếu nghiên cứu môi trường địa chất đến độ sâu 1 km có thị trường ứng dụng rộng rãi. Tổng quan về phƣơng pháp điện trở và các phƣơng pháp điện từ tần số thấp.
Phương pháp điện trở sử dụng nguồn dòng không đổi được ứng dụng rộng rãi, dựa vào tính không đồng nhất địa chất dẫn đến sự khác biệt về tính chất điện - từ trong dải rộng từ phần nghìn đến hàng nghìn Ohm. Phương pháp này nghiên cứu sự thay đổi giá trị điện trở suất biểu kiến theo chiều sâu với lý thuyết chặt chẽ, thiết bị đơn giản, quy trình xử lý phân tích hoàn thiện, khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn: địa chất, khoáng sản, kỹ thuật, môi trường, khảo cổ,… Tuy nhiên phương pháp điện trở dùng nguồn dòng không đổi vẫn còn tồn tại một số hạn chế như: Điện cực phải tiếp xúc môi trường dẫn điện, nên khi gặp lớp điện trở suất cao ( màn chắn ) dòng điện không xuyên qua được, không khảo sát được khu vực có bề mặt là vật liệu cách điện như đá cứng, gạch nung, cát khô xốp, năng suất lao động thấp (do phải cắm hay vận chuyển nhiều cực, tời). Để khắc phục các hạn chế và khó khăn nêu trên, đáp ứng nhiều nhiệm vụ thực tế đã có các nghiên cứu phát triển một kỹ thuật và trang thiết đo không cần tiếp xúc điện cực vào môi trường. Nhiều quốc gia đã nghiên cứu và đưa ra các phương pháp điện từ tần số thấp cùng với những thiết bị kỹ thuật khắc phục được các hạn chế gặp phải và đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới từ những năm 1991 cho tới nay như: ERA, Ommapper, EM, …[14,16], trong khi ở Việt Nam còn ít được cập nhật.
Thăm dò địa chất khoáng sản, khảo sát kỹ thuật dân sự, điều tra sinh thái, quan trắc môi trường tự nhiên và nhân tạo, khảo cổ đòi hỏi phải phát triển và cập nhật các phương pháp điều tra không phá hủy mới. Trong số các phương. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Dương Thị Ninh. pháp địa vật lý thì phương pháp thăm dò địa điện từ là một kỹ thuật linh hoạt, hiệu suất cao.
Kể từ khi nó ra đời cho đến ngày nay, phương pháp điện trở suất dòng một chiều truyền thống đã đáp ứng được một số yêu cầu về điều tra không phá hủy và được áp dụng phổ biến. Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp đo điện trở suất bằng cách tiếp địa điện cực vẫn còn một số hạn chế trong những khu vực điều kiện bề mặt đất xấu chẳng hạn như: nhựa đường, bê tông, bề mặt là cát khô xốp, mặt đất đóng băng, nước đá và tuyết, .Cụ thể là những khu vực có điều kiện như ở mặt sa mạc, vùng đất đóng băng vĩnh cửu. cần phải có các phép đo thực hiện được trên các bề mặt cách điện này. Đặc biệt nghiên cứu thực địa trong các khu vực không thể tiếp cận trong thời gian mùa hè (hồ, đầm lầy, đất nông nghiệp) chúng ta chỉ có thể tiến hành thực địa tại đây trên bề mặt băng tuyết vào mùa đông.
Thăm dò địa chất và khảo cổ học tại khu vực đô thị sẽ gây tổn thương cho vỉa hè, các công trình xây bằng gạch, công trình xây dựng bê tông, dây cáp và đường ống ngầm nên phải tránh phá hủy chúng. Thêm nữa, các phép đo ở các vùng đô thị thường có nhiễu phép đo lớn do các nguồn điện công nghiệp có mật độ cao gây ra. Yêu cầu đặt ra là cần phải mở rộng các ứng dụng phương pháp điện trở để mở rộng phạm vi nghiên cứu giải quyết nhiệm vụ thực tế. Tất cả các hạn chế và khó khăn nêu trên đòi hỏi sự phát triển các kỹ thuật và trang thiết bị thích hợp cho các phép đo không tiếp xúc điện cực.Sapozhnikov [12] đã đề xuất một quy trình độc đáo với sơ đồ thăm dò bằng dòng xoay chiều có nguồn phát và nhận tín hiệu không cần tiếp đất điện cực theo các mô hình hệ cực khác nhau.
Ông là người đầu tiên chứng minh tính khả thi để đo cả ba thành phần điện trường trực giao, được hỗ trợ với cơ sở lý thuyết thích hợp. Từ đó các phương pháp điện từ tần số được áp dụng rộng rãi trên thế giới [14], bằng nhiều thiết bị khác nhau như EM, Ohmmeter,. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Dương Thị Ninh .1: Điện cực điện dung ( f = 2500 Hz) để đo điện trở không nối đất do xí nghiệp ERA ( Nga) sản xuất. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Dương Thị Ninh .2: Thiết bị Ohm Mapper sử dụng điện cực điện dung (f= 16,5 kHz) do hãng Geometric (Mỹ) sản xuất.3: Thiết bị CORIM sử dụng điện cực điện dung (f= 15 kHz) do hãng IRIS INSTRUMENT (Pháp) sản xuất.
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Dương Thị Ninh. Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ nên phương pháp có ưu điểm là sử dụng thiết bị phát và thu tín hiệu có thể không cần điện cực nối đất, thông tin thu có độ phân giải cao về tính chất dẫn điện của môi trường gần như phương pháp điện trở, thiết bị gọn nhẹ nên có thể thực hiện được trên mọi điều kiện bề mặt khó tiếp địa điện cực, có khả năng thực hiện mạng lưới đo chi tiết trong những phần không gian không liên thông,. Đặc điểm này giúp cho việc đo đạc nhanh, phủ kín được các vùng cần quan tâm, có thể theo dõi được sự thay đổi tính chất điện từ trong lòng đất theo diện ở những nơi bị cản trở bởi các công trình khó thực hiện được bằng phương pháp điện trở. Độ sâu khảo sát trong phương pháp này thường không lớn, tín hiệu thu phát nhỏ cần các máy có độ nhậy cao.
Thăm dò điện thực hiện với hệ thống "ERA-MAX" cung cấp các giải pháp giải quyết các vấn đề điển hình của khảo cổ học như xác định dự báo cấu trúc cổ bị chôn vùi. Các phiên bản của hệ thống "ERA-MAX" được thiết kế cho các phép đo theo phương pháp điện từ trường quay để có được những hình ảnh chụp cắt lớp điện theo mục tiêu khảo cổ học thông qua xử lý toán học của các dữ liệu đo. Lập bản đồ địa chất trong các khu vực được bao phủ bởi băng đá, tuyết, và trong điều kiện không có khả năng tiếp địa điện cực khác. Đặc biệt là khả năng thực hiện các phép đo trên băng ở các lưu vực nước đóng băng.
Khảo sát không phá hủy bề mặt và các cấu trúc ngầm ( tầng hầm, công trình dẫn nước, đường điện, đường giao thông) trong dân sự. Các phép đo có thể được thực hiện trên vỉa hè bê tông và đường nhựa, kỹ thuật khảo sát xây dựng đường sắt ngầm và đường dây cáp ngầm.